JP5273504B2

JP5273504B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP5273504B2
Application number: JP2007194206A
Authority: JP
Inventors: 崇之遠藤; 知靖高橋; 秀博安立
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: WO2009014052A1; JP2009030503A; US20100129251A1; US9341174B2

Description

この発明は、一端が圧縮室に開口し、他端が吐出弁により開閉可能に閉塞される吐出ポートを有する圧縮機に関し、特に、吐出ポートの形状を改善した圧縮機に関する。

例えば、ピストン式圧縮機においては、図４に示されるように、ピストンＡが摺動往復動するシリンダボアＢが形成されたシリンダブロックＣと、このシリンダブロックＣにバルブプレートＤを介して組み付けられたヘッドＥとを有し、バルブプレートＤに、シリンダブロック側の開口端が吸入バルブＦによって開閉される吸入ポートＧとヘッド側の開口端が吐出バルブＨによって開閉される吐出ポートＩとが、それぞれのシリンダボアＢに対応して形成されている。

吸入バルブＦおよび吐出バルブＨは、一般には薄板状の板ばねから構成されるリード型バルブが用いられ、根元部分がバルブプレートＤに固定され、圧縮室Ｊと吸入室Ｋ及び吐出室Ｌの各々との圧力差に応じてそれぞれのポートの出口側端を開閉するようにしている。

ところで、従来の吐出ポートＩは、同図に示されるように、入口端から出口端まで同じ断面形状（所定の径を有する断面円形状）に形成されているものが多く、この部分は圧縮された流体が吐出されずに残留するデッドボリュームとなる。また、このような弁構造を有する圧縮機においては、作動流体が吐出弁Ｈに当たって吐出弁ＨとバルブプレートＤとの間に形成される隙間から吐出するので圧力損失が発生しやすく、また潤滑オイルによる表面張力により吐出弁Ｈの開き遅れが発生し、さらには、吐出ポートＩの内部に残留する圧縮残りが吸入工程時に再膨張するため体積効率が低下する要因を本質的に有している。

再膨張による損失を低減する方法として、吐出ポートの径を小さくすることが考えられるが、吐出ポートの周長および断面積が小さくなるため、圧力損失が大きくなり、また弁開き遅れが顕著になる。これに対して、吐出ポートの径を大きくすると、吐出ポートの周長および断面積が大きくなるため、圧力損失及び弁開き遅れは改善されるが、吐出ポートでの圧縮残り（デッドボリューム）が増大する不都合がある。

そこで、従来においては、下記する特許文献１に示されるように、圧縮機のバルブプレートに設けた吐出ポートに、出口端に隣接した等径円筒状の出口側ストレート部と、入口端に隣接し、出口側ストレート部よりも径を小さくした等径円筒状の入口側ストレート部とを形成し、出口側ストレート部と入口側ストレート部との間に、出口側ストレート部に近づくにしたがい漸次拡径される漏斗状の拡径部を形成し、冷媒の流れをスムーズにして圧力損失の低減を図るようにした構成も考えられている。
特開２００３−１３９０６３３号公報

しかしながら、このような構成においては、受圧面積を増大して圧力損失や弁開き遅れを低減することは可能であるが、漏斗状に形成された拡径部の部分において吐出ポートの体積が大きくなるため、デッドボリュームを十分に低減することができず、圧縮残りによる再圧縮の問題は依然として十分に改善されていない。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、受圧面積を増大する要請とデッドボリュームを低減する要請とを両立させること、より具体的には、吐出抵抗や受圧面積に影響を及ぼす吐出ポートの出口端の周長や開口面積を大きく確保すると共に、デッドボリュームを低減させて体積効率を向上させることが可能な圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明者らは、吐出ポートの出口端において拡大した断面を有し、その拡大した断面までは流路断面を小さくし、出口側に向かうにつれて漸次面積が大きくなるようなテーパ状（漏斗状）の拡径部を無くすようにすれば、受圧面積を増大させつつデッドボリュームを低減することが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明に係る圧縮機は、入口端が圧縮室に開口し、出口端が吐出弁により開閉可能に閉塞される吐出ポートを有する圧縮機において、
前記吐出ポートを、出口端から所定の深さに形成された凹み部と、この凹み部の断面積よりも小さい断面積を有し、一端が前記凹み部に開口し、他端が前記圧縮室に開口する貫通部とにより構成し、前記凹み部及び前記貫通部は、それぞれ断面形状が軸方向で不変であり、前記貫通部は、前記吐出弁の長手方向と略垂直になる方向の該貫通部の幅が前記吐出弁の長手方向の該貫通部の幅よりも長く形成されていることを特徴としている。

したがって、吐出ポートを凹み部とそれよりも通路断面の小さい貫通部とによって構成したので、凹み部によって従来と同程度に出口端での開口面積を大きく確保することが可能となり、出口端での開口面積が小さいことによる圧力損失の増大や弁開き遅れを回避することが可能となる。また、通路断面の小さい貫通部を凹み部に続けて形成し、凹み部と貫通部との間に凹み部へ向かうにつれて徐々に通路断面が大きくなるような拡径部を形成しなかったことにより吐出ポートに残る圧縮残りを大幅に低減することが可能となる。

ここで、前記凹み部及び前記貫通部は、凹み部を平坦にして断面が徐々に変化する漏斗状の部分を形成しないことが好ましく、その断面形状が軸方向で不変に形成されているので、吐出ポートの成形が容易となり、デッドボリュームの管理が容易となる。
また、貫通部の吐出弁の長手方向と略垂直になる方向の幅を吐出弁の長手方向の幅よりも長く形成したので、デッドボリュームを大きくせず圧縮ガスをスムーズに吐出させることが可能となる。

さらに、吐出ガスのスムーズな吐出を得るために、前記凹み部をその周縁が貫通部の周縁と重ならないように形成するようにしても、貫通部を吐出弁の長手方向に対して垂直であり且つ凹み部の中心を通る直線に対して吐出弁の先端側と根元側とに二分した場合に、先端側の面積が根元側の面積よりも大きくなる位置に貫通部を形成してもよい。

以上のような構成は、圧縮ガスを突出させる吐出ポートをその出口端において開閉弁で開閉させる弁構造を備えた圧縮機であれば適用可能であるが、ピストンにより容積を可変する圧縮室と、バルブプレートにより前記圧縮室と隔てられた吸入室及び吐出室と、前記バルブプレートに設けられて前記圧縮室と前記吸入室とを連通する吸入ポートと、前記バルブプレートに設けられて前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポートと、前記吸入ポート及び前記吐出ポートのそれぞれの出口端を開閉するリード弁とを備えたピストン型圧縮機において特に有用である。

以上述べたように、本発明によれば、吐出ポートを、出口端から所定の深さに形成された凹み部と、この凹み部の断面積よりも小さい断面積を有し、一端が凹み部に開口し、他端が圧縮室に開口する貫通部とによって構成し、凹み部及び貫通部の断面形状をそれぞれ軸方向で不変とし、貫通部を、吐出弁の長手方向と略垂直になる方向の該貫通部の幅が吐出弁の長手方向の該貫通部の幅よりも長く形成したので、デッドボリュームを小さく保ったまま、吐出抵抗や受圧面積に影響を及ぼす吐出ポートの出口端の周長や開口面積を大きく確保することが可能となり、圧力損失と弁開き遅れを低減することが可能となる。

また、凹み部及び貫通部の断面形状が軸方向で不変であるので、凹み部及び貫通部を切削加工でもプレス加工でも容易に成形することができ、デッドボリュームの影響を考慮して凹み部の深さを容易に設定することもでき、デッドボリュームの管理が容易となる。また、凹み部の位置に対して貫通部の位置を任意に設定することも可能となる。

さらに、吐出ポートの貫通部の吐出弁の長手方向に対して略垂直となる方向に沿った寸法が吐出弁の長手方向に沿った寸法よりも長く形成されているので、デッドボリュームを大きくせずに周長を長くすることが可能となり、圧縮ガスをスムーズに吐出させることが可能となる。

また、前記凹み部をその周縁が貫通部の周縁と重ならないように形成したり、貫通部を前記凹み部の中心に対して吐出弁の基端部から遠い側に形成すれば、吐出ガスのスムーズな吐出を確保することが可能となる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、本発明に係る圧縮機の一例として、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに用いられる固定容量斜板式往復動型と称されるピストン型圧縮機が示されている。

この圧縮機は、フロント側シリンダブロック１と、このフロント側シリンダブロック１に組み付けられるリア側シリンダブロック２と、フロント側シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）にバルブプレート３を介して組み付けられたフロントヘッド４と、リア側シリンダブロック２のリア側（図中、右側）にバルブプレート５を介して組み付けられたリアヘッド６とを有して構成されている。そして、これらフロントヘッド４、フロント側シリンダブロック１、リア側シリンダブロック２、及びリアヘッド６は、締結ボルトにより軸方向に締結され、圧縮機全体のハウジングを構成している。

フロント側シリンダブロック１とリア側シリンダブロック２の内部には、それぞれのシリンダブロックを組み付けることによって画成されたクランク室７が設けられている。このクランク室７には、フロント側シリンダブロック１及びリア側シリンダブロック２に形成されたシャフト支持孔８，９に軸受け１０，１１を介して回転自在に支持され、一端がフロントヘッド４から突出するシャフト１２が配設されている。軸受け１０，１１は、後述するシャフト内通路の側孔の開口の妨げとならない位置に取り付けられている。また、シャフト１２の先端部とフロントヘッド４との間には、冷媒の漏洩を防止するためのシール部材１３が配され、フロントヘッド４から突出したシャフト１２の先端には、電磁クラッチ１４が取り付けられるようになっている。

それぞれのシリンダブロック１，２には、シャフト支持孔８，９に対して平行に、且つ、シャフトを中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５が形成されている。そして、それぞれのシリンダボア１５内には、両端に頭部を有する両頭ピストン１７が往復摺動可能に挿入され、この両頭ピストン１７とバルブプレート３，５との間に圧縮室１８が画成されている。

シャフト１２には、クランク室７に収容され、このシャフト１２と共に回転する斜板２０がシャフト１２と一体に形成されている。
この斜板２０は、フロント側シリンダブロック１及びリア側シリンダブロック２に対してスラスト軸受け２１，２２を介して回転自在に支持されており、周縁部分が前後を挟み込むように設けられた半球状の一対のシュー２３ａ，２３ｂを介して両頭ピストン１７の中央部に形成された係留凹部１７ａに係留されている。したがって、シャフト１２が回転して斜板２０が回転すると、その回転運動がシュー２３ａ，２３ｂを介して両頭ピストン１７の往復運動に変換され、圧縮室１８の容積が変化するようになっている。

それぞれのバルブプレート３，５には、シリンダブロック側端面に設けられた吸入バルブによって開閉される吸入孔３ａ，５ａ，と、シリンダヘッド側端面に設けられた吐出バルブによって開閉される吐出孔３ｂ，５ｂとがそれぞれのシリンダボアに対応して形成されている。また、フロントヘッド４とリアヘッド６とには、圧縮室１８に供給する冷媒を収容するための吸入室２７ａ，２７ｂと圧縮室１８から吐出した冷媒を収容するための吐出室２８ａ，２８ｂとがそれぞれ形成されている。この例においては、吸入室２７ａ，２７ｂはそれぞれのヘッド４，６の略中央に形成され、吐出室２８ａ，２８ｂは吸入室２７ａ，２７ｂの周囲に形成されている。

また、ハウジングを構成するリア側シリンダブロック２には、外部サイクルから冷媒を吸入するための吸入口３０と、吐出室２８ａ，２８ｂに連通し、圧縮した冷媒を吐出するための図示しない吐出口とが形成されている。

本構成例において、吸入口３０から吸入室２７ａ，２７ｂに至る吸入経路は、吸入口３０に連通するクランク室７と、クランク室７を貫通するシャフト１２に形成されたシャフト内通路３２を経由してフロントヘッド４及びリアヘッド６のそれぞれの吸入室２７ａ，２７ｂに至る第１の吸入経路と、吸入口３０から流入された冷媒を前記クランク室７を経由せずに直接吸入室２７ａ，２７ｂへ導く第２の吸入経路とを有して構成されている。

より具体的には、クランク室７の外側に吸入口３０と接続する軸方向に延設された軸方向通路３３を形成し、第１の吸入経路は、この軸方向通路３３の途中にクランク室７に連通する貫通部３４を設け、また、シャフト１２内に、リア側先端からフロント側へ軸方向に沿って穿設されると共にリア側の開口端がリアヘッド６に設けられた吸入室２７ｂに開口する軸孔３２ａと、この軸孔３２ａに連通し、シャフト１２の径方向に設けられてクランク室７に開口する流入側側孔３２ｂと、軸孔３２ａに連通し、シャフト１２の径方向に設けられてフロントヘッド４に形成された吸入室２７ａに開口する流出側側孔３２ｃとを形成し、これら貫通部３４やシャフト内通路３２を構成する軸孔３２ａ、流入側側孔３２ｂ、及び流出側側孔３２ｃによって、吸入口３０から吸入された冷媒の一部を、貫通部３４を介してクランク室７に流入し、その後、シャフト１２を経由して圧縮機前後の吸入室２７ａ，２７ｂへ導くようにしている。

また、第２の吸入経路は、クランク室７の外側に形成された前記軸方向通路３３をフロントヘッド４及びリアヘッド６にかけて延設して、バルブプレート３，５に形成された貫通部３ｃ，５ｃを介してフロントヘッド４とリアヘッド６とに形成された導入室３８ａ，３８ｂに連通し、また、フロントヘッド４及びリアヘッド６のそれぞれに吐出室２８ａ，２８ｂと干渉しないように径方向外側から穿設されると共に開口端が閉塞部材３５ａ，３５ｂで閉塞された径方向通路３６ａ，３６ｂを形成し、この径方向通路３６ａ，３６ｂにより導入室３８ａ，３８ｂと吸入室２７ａ，２７ｂとを接続し、吸入口３０から吸入された冷媒の一部を、クランク室７を経由しないで圧縮機前後の吸入室２７ａ，２７ｂへ導くようにしている。

図２において、上述した圧縮機のバルブプレートに形成された弁機構の具体的構成が示されている。図面においては、リア側の弁機構が示されているが、フロント側の弁機構も同様の構成であるため、対応する箇所に対応する番号を括弧で付してある。

このうち、吸入側の弁機構は、バルブプレート５（３）のシリンダブロック側端面に、吸入弁４０が一体に形成された吸入弁シート４１を重ね合わせ、この吸入弁シート４１にガスケット４２を介してシリンダブロック２（１）を重ね合わせて構成されているもので、バルブプレート５（３）に形成された吸入ポート５ａ（３ａ）の出口端を、吸入弁４０によって開閉可能に閉塞している。

この吸入弁４０は、薄板状の板ばねから構成されたリード型のもので、その根元が吸入弁シート４１と一体化し、この吸入弁シート４１をバルブプレート５（３）とガスケット４２との間に挟持することで撓み可能に保持されている。したがって、圧縮機の運転時に圧縮室と吸入室との圧力差に応じて吸入弁４０が吸入ポート５ａ（３ａ）の出口端を開閉するようになっている。

また、吐出側の弁機構は、バルブプレート５（３）のヘッド側端面に、吐出弁４３が一体に形成された吐出弁シート４４を重ね合わせ、この吐出弁シート４４にガスケット４５を介してヘッド６（４）を重ね合わせて構成されているもので、バルブプレート５（３）に形成された吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端を、吐出弁４３によって開閉可能に閉塞している。

この吐出弁４３も、薄板状の板ばねから構成されリード型のもので、その根元が吐出弁シート４４と一体化し、この根元部分をバルブプレート５（３）とガスケット４５との間に挟持することで撓み可能に保持されている。したがって、圧縮機の運転時に圧縮室と吐出室との圧力差に応じて吐出弁４３が吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端を開閉するようになっている。

これらシリンダブロック２（１）、ガスケット４２、吸入弁シート４１、バルブプレート５（３）、吐出弁シート４４、ガスケット４５は、図示しない位置決めピンによって位置決めされ、シリンダブロックに螺合されるボルトによって圧接された状態で固定されている。

この吐出弁４３は、吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端を閉じる際には、バルブ全体がバルブプレート５（３）の表面に密着し、吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端周縁に先端部が当接する。逆に、吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端を開く際には、先端側が撓んで部分的にバルブプレート５（３）から離反する。そして、離反した吐出弁４３のリフト量、即ち、吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端の開放量は、ガスケット４５に一体化されたリテーナ４６により制限されている。

ところで吐出ポート５ｂ（３ｂ）は、従来の形状とは異なり、出口端から所定の深さに形成された凹み部５０と、この凹み部５０の断面積よりも小さい断面積を有し、一端が凹み部５０に開口し、他端が前記圧縮室１８に開口する貫通部５１とを有して構成されている。この凹み部５０や貫通部５１は、バルブプレート５（３）の端面に対して垂直に形成されており、それぞれの断面形状は吐出ポートの軸方向で不変となっている。したがって、凹み部５０は、断面が漸次拡径される漏斗状には形成されておらず、平面に形成されている。

また、凹み部５０及び貫通部５１のそれぞれは、図３（a）にも示されるように、吐出弁４３の長手方向に対して略垂直となる方向の幅（凹み部５０の幅Ａ１，貫通部５１の幅Ｂ１）が吐出弁４３の長手方向の幅（凹み部５０の幅Ａ２，貫通部５１の幅Ｂ２）に等しいかそれよりも長く形成されており（Ａ１≧Ａ２，Ｂ１≧Ｂ２）、この例においては、長径を吐出弁４３の軸に対して垂直とする楕円状に形成されている。尚、この凹み部５０や貫通部５１の断面形状は、例えば、図３（ｂ）に示されるように、長辺を吐出弁４３の長手方向に対して垂直とする矩形状に形成するようにしてもよい。

さらに、凹み部５０は、その周縁が貫通部５１の周縁と重ならないように形成されており、貫通部５１の全周においてその周縁から径方向に延設されるように形成されている。しかも、貫通部５１は、吐出弁４３の長手方向に対して垂直であり且つ凹み部５０の中心Ｃ１を通る直線αに対して吐出弁４３の先端側と根元側とに二分した場合に、先端側の面積が根元側の面積よりも大きくなるように、貫通部５１の中心Ｃ２を凹み部５０の中心Ｃ１よりも吐出弁４３の先端側にずらして形成されている（貫通部５１を面積的に吐出弁４３の先端側と根元側とに二分する直線βを直線αより先端側にずらしている）。

上述の構成において、吐出ポート５ｂ（３ｂ）が出口端から所定の深さに形成された凹み部５０と、この凹み部５０の断面積よりも小さい断面積を有する貫通部５１とによって構成されているので、凹み部５０によって出口端での開口面積を従来と同程度に大きく確保することが可能となり、出口端での開口面積が小さいことによる圧力損失の増大や弁開き遅れを回避又は低減することが可能となる。また、通路断面の小さい貫通部５１により圧縮室と凹み部５０とが連通されているので、吐出ポート５ｂ（３ｂ）に残る圧縮残り（デッドボリューム）を大幅に低減することが可能となる。

したがって、上述の構成によれば、デッドボリュームを小さく保ったまま、吐出抵抗や受圧面積に影響を及ぼす吐出ポート５ｂ（３ｂ）の出口端の周長や開口面積を大きく確保することが可能となり、圧力損失と弁開き遅れを低減することが可能となる。

また、凹み部５０及び貫通部５１の断面形状を軸方向で不変とし、徐々に断面積を変化させる漏斗状の拡径部が形成されていないので、凹み部５０及び貫通部５１を切削加工でもプレス加工でも容易に成形することが可能となり、また、デッドボリュームの影響を考慮して凹み部５０の深さを設定することができるので、デッドボリュームの管理が容易となる。しかも、漏斗状の拡径部を形成する必要がないため、凹み部５０と貫通部５１は同心にする必要がなく、凹み部５０の位置に対して貫通部５１の位置を任意に設定することが可能となる。

さらに、吐出ポート５ｂ（３ｂ）の貫通部５１は、吐出弁４３の長手方向に対して略垂直となる方向の幅が吐出弁４３の長手方向の幅よりも長く形成されているので、デッドボリュームを大きくせずに周長を長くすることが可能となり、圧縮ガスをスムーズに吐出させることが可能となる。

また、前記凹み部５０をその周縁が貫通部５１の周縁と重ならないように形成され、しかも貫通部５１が凹み部５０の中心（Ｃ１）に対して吐出弁４３の先端側にずらして形成されているので、吐出ガスのスムーズな吐出を確保することが可能となる。

尚、上述の実施例においては、両頭ピストンを備えたピストン型固定容量圧縮機に適用した場合について説明したが、圧縮流体を吐出ポートを介して吐出させ、この吐出ポートを出口端で吐出弁により開閉可能に閉塞する構成を有している圧縮機であれば、片頭ピストンを備えたピストン型圧縮機であっても、可変容量型圧縮機であっても、ピストン型以外の圧縮機であっても同様の構成を適用することが可能である。

図１は、本発明に係る型圧縮機の構成例を示す断面図である。図２は、本発明に係る圧縮機のバルブプレートに設けられた弁機構を示す図であり、（a）はバルブプレートを吐出側から見た図であり、（ｂ）はバルブプレートの弁機構を示す拡大断面図である。図３は、吐出ポートを示す拡大図であり、（a）は凹み部と貫通部とを楕円状に形成した例を示し、（ｂ）は凹み部と貫通部とを矩形状に形成した例を示す。図４は、従来の圧縮機のバルブプレートに設けられた弁機構を示す図であり、（a）はバルブプレートを吐出側から見た図であり、（ｂ）はバルブプレートの弁機構を示す拡大断面図である。

符号の説明

・バルブプレート
３ａ，５ａ吸入ポート
３ｂ、５ｂ吐出ポート
１８圧縮室
２７ａ，２７ｂ吸入室
２８ａ，２８ｂ吐出室
４３吐出弁
５０凹み部
５１貫通部

Claims

入口端が圧縮室に開口し、出口端が吐出弁により開閉可能に閉塞される吐出ポートを有する圧縮機において、
前記吐出ポートを、出口端から所定の深さに形成された凹み部と、この凹み部の断面積よりも小さい断面積を有し、一端が前記凹み部に開口し、他端が前記圧縮室に開口する貫通部とにより構成し、
前記凹み部及び前記貫通部は、それぞれ断面形状が軸方向で不変であり、
前記貫通部は、前記吐出弁の長手方向と略垂直になる方向の該貫通部の幅が前記吐出弁の長手方向の該貫通部の幅よりも長く形成されていることを特徴とする圧縮機。
前記凹み部は、その周縁が前記貫通部の周縁と重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記貫通部は、前記吐出弁の長手方向に対して垂直であり且つ前記凹み部の中心を通る直線に対して前記吐出弁の先端側と根元側とに二分した場合に、先端側の面積が根元側の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
前記圧縮機は、ピストンにより容積を可変する圧縮室と、バルブプレートにより前記圧縮室と隔てられた吸入室及び吐出室と、前記バルブプレートに設けられて前記圧縮室と前記吸入室とを連通する吸入ポートと、前記バルブプレートに設けられて前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポートと、前記吸入ポート及び前記吐出ポートのそれぞれの出口端を開閉するリード弁とを備えたピストン型圧縮機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。